Специфика проектирования системы автоматического управления газотурбинной электростанции. Проведение расчета ее структурной надежности. Обзор элементов, входящих в блоки САУ. Резервирование как способ повышения характеристик надежности технических систем.
При низкой оригинальности работы "Разработка и обеспечение надежности систем автоматического управления", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Суть системного подхода в создании нескольких достаточно простых и обозримых моделей всей системы, позволяющих определить влияние различных параметров системы и внешних воздействий на общие показатели эффективности функционирования. Основная задача теории надежности на этапе технического проектирования - помочь разработчику принять обоснованные решения, касающиеся выбора структуры системы, необходимости использования вводимой избыточности, построения оптимальной системы контроля и др. Более строго теория надежности призвана решить следующую двойную задачу: при заданных характеристиках системы создать систему с минимальной “стоимостью”, причем характеристика “надежность” включена в прочие характеристики; при заданной стоимости добиться максимальной надежности системы. На этапе технического проектирования необходимо принять обоснованные решения, касающиеся выбора структуры системы, необходимости использования вводимой избыточности, построения оптимальной системы контроля и др. Проведение расчетов надежности весьма полезно даже при полном отсутствии исходной статистики, ввиду того, что это позволяет производить оценку сравниваемых вариантов систем.Согласно критерию отказа, несрабатывание защиты (или отказ аварийной защиты) произойдет в случае, если не будет выполнен аварийный останов (АО) ГТЭС вследствие отсутствия выходной команды управления, формируемой системой в режиме АО при наличии любого аварийного сигнала. Для случая формирования сигнала АО непосредственно аппаратурой САУ несрабатывание защиты произойдет при невыполнении процедуры АО, т.е. при одновременных отказах в блоках БУД и БУС следующих устройств (рис.2.2): 1) обеих плат АСВК, коммутирующих для выполнения процедуры АО необходимые дублированные сигналы, или 2) платы UNIO № 2 (в БУД) и плат UNIO и 5600 (в БУС). Для случая формирования сигнала АО внешними устройствами несрабатывание защиты произойдет при отказах в линиях связи внешних устройств с аппаратурой САУ, при отказах в центральных процессорах БУД и БУС (рис. 2.3 Логическая схема несрабатывания защиты при АО, формируемом внешними устройствами. lнесраб.защ.(1) = LACBK(БУД)*(1-Кпп)* LACBK(БУС)*(1-Кпп) LUNIO№2*(1-Кпп)*KUNIO№2вых* [l5600(1)*(1-Кпп)*KDC1вых LUNIO*(1-Кпп)*КUNIOВЫХ] [7*l70GODC(БУД)*(1-Кпп)*Котказпарам 4*LEMG(БУД)*(1-Кпп)*Котказпарам] * [7*l70GODC(БУС)*(1-Кпп)*Котказпарам 4*LEMG(БУС)* (1-Кпп)*Котказпарам] lлин.связи(БУС)*lлин.связи(БУД), lнесраб.защ.(2) = lвнешн.ли.св. LЦП(БУД)*(1-Кпп) LЦП(БУС)*(1-Кпп) lреле*(1-Кпп)*Котказпарам, где (1-Кпп) - доля неконтролируемых отказов элементов устройств, которые блокируют сигнал АО. Поэтому логическая структурная схема устройств, отказы которых приводят к невыполнению функции управления, представляет последовательное соединение (в смысле надежности) входящих в нее элементов. а) для случая управления режимом запуска ГТД: Sli упр.зап.гтд = LUNIO№1*(1-Кпп) *KUNIO№1вых 3*l73GOI*(1-Кпп) *Котказпарам l5600*(1Кпп)* *КDCВЫХ 2*LEMG*(1-Кпп)* Котказпарам LUNIO№2*(1-Кпп) *KUNIO№2вых 5*l70GODC5*(1-Кпп)* *Котказпарам lреле*(1-Кпп)*Котказпарам lцп*(1-Кпп) LZX550*(1-Кпп) LZX220*(1-Кпп) lлин.связи= 10*10-6 *(1-0.72) *0.08 3*4*10-6 *(1-0.68) *0.38 0.674*10-6 *(1-0.55)* 0.32 2*0.18*10-6* *(1-0.35)* 0.38 10*10-6 *(1-0.72) *0.81 5* 4*10-6 *(1-0.43) *0.38 0.0036*10-6 *(1-0.42)*0.32 6.2*10-6 *(1-0.73) 2.5*10-6 *(1-0.66) 2.2*10-6 *(1-0.66) 0.0036*10-6 = 11.7455*10-6 ч-1;По заданным показателям средней наработки на отказ требования частных ТЗ (ТУ) на блоки БУД-98 (8Т1.001.005ТЗ), БУС-98 (8Т1.001.006ТЗ), БЗД-96-60 (8Т1.001.003ТЗ), БУШ-96 (8Т2.559.012ТУ) выполняются. Резерв будет работать в ненагруженном режиме - это предполагает, что у элементов резерва не изменяются вероятностно-временные характеристики. Вероятность при таком виде резервировании будет считаться по формуле, , , где p1 и q1 - надежность и ненадежность резервного канала в рабочем режиме. Для системы с восстановлением при резервировании замещением всего канала выделим следующие состояния (рис.3.1): 0. На основании системы уравнений (3.2) можно также определить среднюю наработку на отказ: .Однако этот метод ведет к усложнению систем, увеличению их массы и стоимости. Первый вариант резервирования имеет очень высокую наработку на отказ и вероятность безотказной работы. При этом варианте возникает изменения структуры канала, повышается число ремонтируемых блоков и естественно стоимость системы.Значения интенсивностей отказов следующих импортных изделий рассчитаны на основании информации, приведенной в факсах: плата 5066; мультиплексор UNIO96-5; блоки питания ZX200, ZX550; конвертер ADAM 4520; модули аналоговых и дискретных преобразователей фирмы Gray Hill: 73GITR100, 73GITCK, 73GII020, 73GII420, 73GII5000, 73GIV5, 73GIV10, 73GOI420, 70GIDC5B, 70GODC5B, 73GIV100M, 73GIVAC120 и т.п.; кабели VTC-9F, VTC-9M (факс ООО «Prosoft» от 22.09.99г.); Значения интенсивностей отказов остальных импортных модулей и ЭРИ рассчитаны по l-характеристикам отечественных аналогов. Расчет lэ импорт
Введение
К современной радиоэлектронной аппаратуре предъявляются многогранные технические требования. Поэтому для реализации сложных систем автоматического управления (САУ) необходимо применять десятки и сотни тысяч различных элементов. Сложность аппаратуры отрицательно сказывается на ее надежности, в то время как характер выполняемых современной аппаратурой функций требует именно высокой надежности.
Исходные данные, которыми располагает проектировщик систем, весьма ограничены. Обычно это результаты кратковременных испытаний новых узлов в лабораторных условиях, а также статистические данные о надежности подобных средств в условиях эксплуатации, часто отличающихся от тех, для которых предназначается разрабатываемая система.
Исследования по теории надежности САУ должны быть подчинены одной цели - разработке действительных методов повышения и сохранения надежности при проектировании, изготовлении и эксплуатации. Эта большая и сложная задача требует своего решения на всех этапах проектирования сложной системы.
Одним из самых сложных вопросов в теории надежности является задание целесообразных или хотя бы оправданных количественных требований по надежности на аппаратуру и системы различного назначения. Норму надежности можно считать обоснованной, если она целесообразна или оптимальна в некотором смысле. Повышение надежности, как и улучшение прочих характеристик, связано тем или иным образом с увеличением затрат на производство, поэтому обоснованное задание требований по надежности подразумевает рациональное распределение затрат между компонентами системы. Как и во всех областях человеческой деятельности, где возникают неформальные задачи, решения принимают на основании интуиции специалистов, подкрепленной анализом существующего уровня качественных характеристик. На начальном этапе проектирования САУ основная задача - выбор структуры и определение алгоритмов функционирования. Этот вопрос первоначально решается конструкторами на основании большого опыта. Найти однозначный ответ затруднительно, так как всегда существует несколько альтернативных вариантов построения системы. Таким образом, необходим выбор оптимальной системы путем последовательного сравнения различных вариантов.
После формирования системы и обеспечения решения всех поставленных задач переходят с созданию достаточно простой и адекватной модели надежности, которая зависит от точности и достоверности исходных данных. Недостаточность исходной статистики не может служить отказом для проведения оценок различных показателей надежности и эффективности функционирования системы. Большинство расчетов на этом этапе носит лишь относительный характер. Важно подчеркнуть, что неточность исходных данных приводит к отклонению результатов для всех рассматриваемых вариантов построения системы в одну сторону. Поэтому получаемая информация позволяет выбирать наиболее целесообразный вариант построения системы в смысле близости к оптимальному.
В процессе проектировании сложных систем одно из основных условий принятия решений - системный подход при рассмотрении характеристик, включая и показатели надежности. Это связано с тем, что требования, предъявляемые к САУ, являются противоречивыми. Это приводит к тому, что конструктор должен искать компромиссные решения с использованием системного подхода и, сравнивая различные варианты проекта, рассматривать определенные задачи и цели на более высоком уровне, перед тем как принять решение в задачах на низких уровнях. Системный подход не приводит к построению единой математической модели для всей системы в целом с учетом всех особенностей. Суть системного подхода в создании нескольких достаточно простых и обозримых моделей всей системы, позволяющих определить влияние различных параметров системы и внешних воздействий на общие показатели эффективности функционирования. Важной чертой системного анализа является то, что он позволяет правильно определить важность отдельных вопросов и найти взаимосвязь отдельных характеристик. При этом удается установить влияние параметров надежности на функционирование системы и выявить задачу оценки надежности САУ. Как только задачи или определенные требования установлены на уровне всей системы, они могут быть реализованы и для более низких уровней. Первоначальное планирование должно включать в себя рассмотрение последних отказов и продолжительность вынужденного простоя определенных подсистем. Как только перечислены возможные последствия надежности, можно сравнить различные варианты проекта.
Основная задача теории надежности на этапе технического проектирования - помочь разработчику принять обоснованные решения, касающиеся выбора структуры системы, необходимости использования вводимой избыточности, построения оптимальной системы контроля и др. Более строго теория надежности призвана решить следующую двойную задачу: при заданных характеристиках системы создать систему с минимальной “стоимостью”, причем характеристика “надежность” включена в прочие характеристики; при заданной стоимости добиться максимальной надежности системы. Решение подобных задач оптимизации чрезвычайно важно, так как оно в соответствии с глубиной модели дает достаточно доказательную и обоснованную информацию.
1.Система автоматического управления газотурбинной электростанции
1.1Постановка задачи
На этапе технического проектирования необходимо принять обоснованные решения, касающиеся выбора структуры системы, необходимости использования вводимой избыточности, построения оптимальной системы контроля и др. Различные структуры САУ характеризуются как начальными показателями надежности, так и потенциальными возможностями их увеличения. В данной работе дадим оценку надежности проектируемой системы автоматического управления газотурбинной электростанции на 2,5 МВТ (САУ ГТЭС-2,5) и оценим варианты ее повышения.
Повышение надежности, как и улучшение прочих характеристик, связано тем или иным образом с увеличением затрат, поэтому вариант предложенный для реализации должен иметь минимальную стоимость вводимых дороботок. Введение новых элементов или изменение структуры недолжно негативно повлиять на качество управления системы.
Проведение расчетов надежности весьма полезно даже при полном отсутствии исходной статистики, ввиду того, что это позволяет производить оценку сравниваемых вариантов систем. В случае же, когда невозможно подтвердить расчетную надежность, что имеет место для высоконадежных, современных систем, расчеты также необходимы. Они дают единственную более или менее достоверную информацию об уровне надежности системы.
1.2Назначение элементов САУ ГТЭС-2,5
Газотурбинная электростанция ГТЭС-2,5 с водогрейным котлом-утилизатором служит для производства одновременно электрической и тепловой энергии. САУ ГТЭС является системой автоматического управления, регулирования, защиты, контроля и диагностики для газотурбинной энергоустановки. [11]
САУ ГТЭС предназначена для: автоматического и ручного управления;
автоматического регулирования заданных режимов;
защиты систем ГТЭС-2,5 при аварийных ситуациях;
контроля параметров, сигнализации отклонений их от нормы и индикации положения исполнительных органов (ИО);
диагностики и тестирования систем ГТЭС-2,5.
САУ ГТЭС выполняет следующие функции: встроенного контроля;
управления;
информационные функции;
функции точной синхронизации.
Система встроенного контроля (СВК) включает программные и аппаратные средства и решает следующие задачи: обнаруживает отказы в устройствах, входящих в САУ ГТЭС;
парирует обнаруженные отказы в каналах измерения параметров регулирования, в каналах управления исполнительными механизмами (ИМАМИ), в вычислителе и в каналах информационного взаимодействия БУС-БУД, БУС-ПУ, БУД-ПИ;
восстанавливает работоспособное состояние контролируемых элементов САУ, если ранее СВК идентифицировало их состояние как "отказ". локализации места отказа.
При включении питания должны проводиться следующие проверки: - аппаратуры САУ;
- датчиков в части контроля целостности линий связи;
- исполнительных механизмов в части контроля линий связи, целостности обмоток, наличия электропитания, исправности по времени срабатывания;
- каналов ввода дискретных сигналов по контрольным точкам;
- выходных устройств путем срабатывания выходных реле.
Контроль аппаратуры САУ ГТЭС должен определять место неисправности с точностью до сменного модуля.
Функция управления включает следующие задачи: 1. Генерирование режимов работы ГТЭС;
2. Предпусковая подготовка;
3. Холодная прокрутка двигателя;
4. Рабочий режим;
5. Аварийный режим.
Информационные функции САУ заключаются в решении следующих задач: индикация текущего состояния техпроцесса;
сигнализация отклонений, срабатываний блокировок и аварийных защит;
выдачи рекомендаций обслуживающему персоналу в нестандартных условиях;
архивация данных значений технологических параметров, срабатываний исполнительных механизмов, действий обслуживающего персонала, команд от смежных систем автоматики, детальной ретроспективы пред- и послеаварийных событий;
регистрация данных с выводом на магнитные носители и твердые копии.
Функция точной синхронизации САУ ГТЭС выполняет автоматическую синхронизацию с электросетью.
1.2.1Блок БУС-98
Блок управления турбогенератором и станционным оборудованием БУС-98 (БУС) предназначен для управления: - генератором, включая системы возбуждения, синхронизации и регулировки температуры;
- высоковольтным оборудованием генератора и сети;
- оборудованием станции, включая комплектное воздухоочистительное устройство (КВОУ), утилизационный теплообменник (УТО), низковольтное коммутационное устройство (НКУ);
- оборудованием системы кондиционирования, контроля загазованности и вентиляции отсеков станции.
С помощью блока осуществляется контроль работоспособности турбогенератора и станционного оборудования.
Регулировка коэффициентов и изменение констант в алгоритмах управления и контроля производится с помощью пульта управления ПУ-98.
С помощью программного обеспечения Ultraloqic производится калибровка измерительных каналов БУС.
1.2.2Блок БУД-98
Блок управления газотурбинным двигателем (БУД) предназначен: - для управления, контроля, диагностики и защиты ГТД во всех режимах его работы;
- управления маслосистемой ГТЭС, системами подготовки топлива и запуска ГТД;
- управления валоповоротным устройством;
- виброконтроля ГТЭС.
Программное обеспечение представлено информацией, записанной в схемах запоминающих устройств аппаратуры блока. Регулировка коэффициентов и изменение констант в алгоритмах управления и контроля производится с помощью пульта управления ПУ-98.
1.2.3Блок защиты двигателя БЗД-96-60
Блок защиты двигателя (БЗД) - предназначен для защиты двигателя от раскрутки. При достижении любого из контролируемых параметров предельно допустимых значений выдает сигнал аварийного останова АО. Контролируемыми параметрами для БЗД служат частота вращения газогенератора, свободной турбины и температура газа за турбиной газогенератора. Газогенератор и свободная турбина входят в состав двигателя. Блок смонтирован в шкафу БУД.
1.2.4Блок БУШ-96
Блок управления шаговым двигателем (БУШ) предназначен для управления шаговым двигателем дозатора газа ДГЭ-2,5 по командам БУД. Описание и правила эксплуатации блока приведены в Руководстве по технической эксплуатации БУШ-96 8Т2.559.012 РЭ.
1.2.5Дозатор газа ДГЭ-2,5
Дозатор газа ДГЭ-2,5 (ДГ) предназначен для управления расходом топливного газа, подаваемого в камеру сгорания ГТД и формирования сигнала обратной связи по положению дозирующего элемента.
1.2.6Пульт управления ПУ-98
Пульт управления (ПУ) реализованный на базе IBM PC подключается к каналу RS-422 информационного обмена с БУС и предназначен для
- управления и отображения информации о состоянии САУ;
- обеспечения проведения эксплуатационных проверок аппаратуры САУ;
- введения регулировок и констант алгоритмов БУД и БУС.
ПУ может располагаться на удалении до 200 м от БУС и БУД.
1.2.7Пульт технологический ПТ-САУ
Пульт технологический, реализованный на базе Notebook, подключается к каналу RS-485 информационного обмена с БУД и предназначен для отображения информации о состоянии ГТД, состоянии САУ, записи и чтения регулировок, обеспечения калибровки измерительных каналов. ПТ САУ может располагаться на удалении до 200 м от БУД.
1.2.8Панель резервного управления ПРУ-98
Панель резервного управления предназначена для останова ГТЭС в аварийных ситуациях путем формирования дискретного сигнала «Аварийный Останов» и передачи его в БУД.
1.3Расчет надежности системы
Надежность закладывается при проектировании и конструировании, реализуется при изготовлении и расходуется при эксплуатации. И на каждом из этих этапов жизни объектов на них действуют специфические факторы. [1]
Произведем расчет структурной надежности системы. Цель расчета определение ожидаемых показателей надежности САУ ГТЭС-2,5 на соответствие их величинам, заданным в ТЗ № В 277-98-218ТЗ.
На этапе проектирования расчет надежности производится с целью прогнозирования ожидаемой надежности проектируемого объекта. Такое прогнозирование необходимо для обоснования предлагаемого проекта объекта, а также для решения организационно - технических вопросов: количества запасных частей; периодичности и объема профилактики; выбора оптимального варианта структуры; обоснование требований к надежности элементов системы.
При расчете структурной надежности осуществляется определение значений показателей надежности, обусловленное надежностью его элементов и разветвленностью связей между элементами.
1.3.1Методика расчета надежности
Под вероятностью безотказной работы (ВБР) понимают ситемы понимается вероятность того, что в пределах заданной наработкиотказ объекта не возникнет. ВБР является основной количественной характеристикойбезотказности системы.
, .
Статистически ВБР равна
, (3.1) где N0 - число объектов в начале испытаний;
ni- число объектов, которые вышли из строя в интервале времени ?ti;
t - время, для которого определяется вероятность исправной работы;
?ti - принятая продолжительность интервала времени наблюдения;
N(t) - число объектов, исправно работающих в интервале [0, t].
Функция вероятность отказа предвтавляет собой интегральную фукцию распределения случайной величины.
Q(t) = 1 - P(t) = F(t)
Статистически вероятность отказа равна
.
Под временем безотказной работы понимается математическое ожидание времени исправной работы: .
Практически среднее время исправной работы однотипных объектов определяется по формуле: , где tk - время исправной работы k-го элемента.
Пусть Т - время непрерывной исправной работы от начала до конца; t - время, в течение которого надо определить вероятность исправности работы изделия P(t). Вероятность того, что за время t произойдет хотя бы один отказ: Q(t) = F(t)
Вероятность того, что за время t не произойдет отказа:
P(t) = 1 - Q(t) = 1 - F(t), Q’(t) = DF(t)/dt.
Следовательно, среднее время работы есть математическое ожидание случайной величины: .
Интегрирование по частям:
с учетом , дает выражение: . (3.2)
Число элементов, которые будут работать непрерывно к моменту t определяется из формулы (3.1): N(t) = N0 P(t). (3.3)
Число отказавших элементов в отрезке времени от t-?t/2 до t ?t/2 определяется как разность n(t)= N(t) - N(t ?t) = N0*[P(t)-P(t ?t)]. (3.4)
Отношение числа отказавших изделий в единицу времени к среднему числу изделий, продолжающих исправно работать, есть интенсивность отказов (ч-1): l (t) = n(t)/[N(t)?t]. (3.5)
N(t)=0,5(Nk-1 Nk), где Nk-1(t) - число исправных элементов в начале интервала времени ?t;
Nk(t) - число исправно работающих элементов в конце интервала ?t.
Таким образом, интенсивность отказов показывает, какая часть элементов выходит из строя в единицу времени по отношению к среднему числу исправно работающих элементов.
Подставляя в (3.5) формулы (3.3) и (3.4), получаем выражение интенсивности в следующем виде: l (t) = -DP/[P(t)dt]. (3.6)
Интегрируя обе части (3.6) в интервале от 0 до t, получаем: , или . (3.7)
Среднюю наработку на отказ можно вычислить через интенсивность отказов. Подставив в выражение (3.2) значение (3.7), получим
.
Характерная кривая интенсивности отказов элементов показана на рис. 2.1, из которого видно, что кривая изменения интенсивности отказов имеет три участка: период приработки (0 - t1), период нормальной эксплуатации (t1 - t2), период интенсивного износа и старения (t2 и далее).
Рис. 2.1 Интенсивность отказов.
Произведем расчет при нормальной эксплуатации ситемы ?(t)=const, то (3.7) представляет собой экспоненциальный закон надежности. По этому закону вероятность исправной работы элементов, обладающих интенсивностью отказов l, убывает со временем по экспоненциальной кривой. Такую кривую называют функцией надежности.
Если l (t) равна постоянной величине, то: .
Тогда выражение (3.7) принимает вид:
.
Формулы для вычисления надежности элемента справедливы, если условия эксплуатации строго определены и соответствуют условиям, в которых получена характеристика l.
Эксплуатационные интенсивности отказов lэ электрорадио изделий (ЭРИ) рассчитаны по математическим моделям следующего вида:
или , где - базовая интенсивность отказов типа (группы) ЭРИ, приведенная к номинальной электрической нагрузке при температуре окружающей среды t= 25ОС;
- базовая интенсивность отказов типа (группы) ЭРИ для усредненных режимов применения в аппаратуре группы 1.1;
КР - коэффициент режима, учитывающий изменение в зависимости от электрической нагрузки и (или) температуры окружающей среды (ОС);
Кі - коэффициенты, учитывающие изменения lэ в зависимости от различных факторов;
n - число учитываемых факторов.
Коэффициенты Кі разделены на две группы: 1) коэффициенты общие для всех типов изделий, характеризует режимы и условия их применения, уровень качества производства.
2) включается в модели конкретных типов ЭРИ и характеризует конструкционные, функциональные и технологические особенности.
Общие коэффициенты моделей: Кпр (коэффициент приемки) - отражает уровни качества изготовления изделий с приемкой 5 и с приемкой. Для изделий с приемкой 5 принято значение Кпр=1;
Кэ (Коэффициент эксплуатации) - показывает во сколько раз условия эксплуатации в требуемой аппаратуре жестче чем в аппаратуре гр. 1.1. (для этой группы Кэ=1);
Кр (Кт) (коэффициент режима) - величина электрической нагрузки и температура ОС
Ка (коэффициент качества) - производства аппаратуры. Уровень требований к разработке и изготовлению.
Ку (коэффициент роста надежности) - предполагаемое снижение интенсивности отказов за счет проведения мероприятий по повышению надежности.
Кии (коэффициент ионизирующих излучений) - степень жесткости внешних ионизирующих излучений.
Интегральные микросхемы (ИС): Кст - сложность ИС и температура ОС
Kv - снижение электрической нагрузки по напряжению;
Ккорп - тип корпуса;
Кис - степень освоенности технологий пр-ва.
Полупроводниковые приборы: Кф - функциональное назначение прибора;
Кд.н - максимально допустимая нагрузка по мощности рассеяния;
Ks1 - отношение рабочего напряжения к максимально-допустимому по ТУ;
Kf - частота и мощность в импульсе СВЧ транзистора.
Конденсаторы: Кс- величина емкости;
Кпс - величина последовательно включенного с оксидно-полупроводниковым конденсатором активного сопротивления.
Резисторы: Kr - величина оммиченского сопротивления;
Км - величина номинальной мощности;
Ks1 - отношение рабочего напряжения к максимально допустимому по ТУ;
Ксл - количество элементов в схеме для резисторных микросхем;
Кстаб - точность изготовления (допуск);
Корп - вид корпуса резисторных микросхем;
Кис - степень освоенности технологий изготовления.
Коммутационные изделия: Ккк - количество задействованных контактов;
Kf - количество коммутаций в час.
Соединители: Ккк - количество задействованных контактов
Ккс - количество сочленений - расчленений в течении всего времени эксплуатации.
Расчетные значения lэ ЭРИ, находящихся на платах, сведены в таблицу 1. Исходные данные по составу микросборок разработки ОАО «СТАР», входящих в состав плат ПНВИ, УФИ и платы вывода БЗД-96-60, и их интенсивности отказов сведены в таблицу 2.
1.3 Состав элементов, входящих в блоки САУ
Блок управления двигателем БУД - 98 , состоит из: объединительных плат МРВ-24, включающих входные аналоговые преобразователи (73GITR, 73GII020, 73GIV5, 73GIV10, 73GII420,73GII5000, 73GITCK);
модули входных и выходных дискретных сигналов (70GIDC5B, 70GODC5B);
две платы 5600 (ввод - вывод дискретных сигналов DC);
аппаратную часть встроенного контроля АСВК-98 (плата 8Т5.104.207);
4) источников электропитания: напряжением 5в, 12в (Z x 200 - 4620);
напряжением 24в (Z x 550);
бесперебойного электропитания напряжением ~ 220 В (UPS);
5) двух конвертеров ADAM 4520 для информационного обмена "БУС -98 - БУД-98", "БУС-98 - ПУ-98".
В состав агрегатной части САУ ГТЭС входит дозатор газа разработки ОАО "СТАР" ДГЭ-2,5, включающий: узел дозирующей иглы (ДИ);
узел управления ДИ;
узел разгрузки ДИ.
Вывод
По заданным показателям безотказности требования В277-98-218 ТЗ на разработку системы автоматического управления, регулирования, защиты, контроля и диагностики ГТЭС-2.5 выполняются. Расчетные данные сведены в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 Результаты расчета средней наработки на отказ.
Наименование показателя Расчетное значение Значение по ТЗ
Средняя наработка на отказ типа «несрабатывание аварийной защиты» (в режиме АО), ч 248 620 ?100 000
Средняя наработка на отказ типа «ложное срабатывание АО», ч 78 330 ?50 000
Средняя наработка на отказ типа «невыполнение функций управления», ч.: случай не выдачи предусмотренной алгоритмом команды; случай формирования ложного воздействия. 29 210 29 480 ?25 000
Средняя наработка на отказ типа «невыполнение функций регулирования», ч 49 340 ?25 000
Средняя наработка на отказ типа «невыполнение информационной функции», ч 19 470 ?2 000
Средняя наработка на отказ типа «невыполнение функций сигнализации», ч 8 160 ?2 000
По заданным показателям средней наработки на отказ требования частных ТЗ (ТУ) на блоки БУД-98 (8Т1.001.005ТЗ), БУС-98 (8Т1.001.006ТЗ), БЗД-96-60 (8Т1.001.003ТЗ), БУШ-96 (8Т2.559.012ТУ) выполняются.
1.4 Повышение надежности
На основании результатов, полученных в предыдущем разделе была поставлена задача, увеличить надежность системы при выполнении функции управления. Для исследования был выбран канал управления ГТД, так как он является основным каналом для САУ, и наиболее ответственным в плане безопасности.
Резервирование канала управления ДГ
Для повышения надежности продублируем весь канал регулирования ДГ. Резерв будет работать в ненагруженном режиме - это предполагает, что у элементов резерва не изменяются вероятностно-временные характеристики. При выводе ниже перечисленных формул мы допускали, что переключающие устройства действуют безотказно. Однако надежность этих переключающих устройств легче учесть, рассматривая их как самостоятельные элементы, включенные последовательно с соответствующими резервными элементами. Общее резервирование замещением - это динамическое резервирование, при котором функции основного канала передаются резервному только после отказа основного. Включение резерва замещением обладает следующими преимуществами: · не нарушает режима работы основного канала;
· сохраняет в большой степени надежность резервных элементов, так как при работе основного канала они находятся в нерабочем состоянии.
Вероятность при таком виде резервировании будет считаться по формуле, , , где p1 и q1 - надежность и ненадежность резервного канала в рабочем режиме.
При равнонадежных каналах управления и экспоненциальном законе надежности
(3.1)
Как видно из (3.1), вероятность исправной работы не подчинена экспоненциальному закону, поэтому нельзя среднее время исправной работы определять из выражения . [5] В этом случае среднее время
Для построения графа состояния канала и системы уравнений описывающей ее воспользуемся методикой изложенной в [3].
Для системы с восстановлением при резервировании замещением всего канала выделим следующие состояния (рис.3.1): 0. Все элементы канала исправны.
1. Вышел из строя элемент основного канала, система переключилась на резервный.
2. Вышел из строя элемент резервного канала, отказ канала.
Рис 3.1 Граф состояний дублированного канала.
Серым цветом на графе выделено неработоспособное состояние канала, символом m обозначается интенсивность восстановления, являющееся обратной величиной от среднего времени восстановления.
Граф состояний дублированного канала (см. рис.3.1) описывается системой уравнений
(3.2)
Дополняется система уравнений нормирующим условием: .
При решении системы воспользуемся преобразованием Лапласа. В качестве начальных условий можно воспользоваться значениями Р0(0)=1, Р1(0)= Р2(0)=0.
(3.3)
Нестационарный коэффициент готовности
Решив систему относительно Фі(z) и применив затем обратное преобразование Лапласа можно найти вероятности Рі(t) и нестационарный коэффициент готовности K(t).
Вероятности состояний быстро достигают постоянного значения (рис 3.2), что характерно для установившегося режима работы. Система дифференциальных уравнений (3.2) становится системой алгебраических уравнений, так как в этом случае DPI(t)/dt=0.
(3.4)
Решение системы (3.4) позволяет определить установившейся значение коэффициента готовности.
На основании системы уравнений (3.2) можно также определить среднюю наработку на отказ: .
Следовательно, чтобы найти среднюю наработку, достаточно решить систему уравнений (3.3) при Z=0, Т=Р(z). Перепишем систему уравнений, заменяя Рі(z) на Ті, с учетом того, что состояние 2 - состояние отказа. В результате Р4(z)=Т4=0, а также исчезает строка, соответствующая Р’(t), U ;
, Средняя наработка на отказ всей системы Т=Т0 Т1
=5168 тыс.час.
Резервирование БУШ
Продублируем наиболее ненадежный элемент канала (БУШ-96). Резервный блок будет работать в облегченном режиме, поскольку ему необходимо отслеживать поступающие сигналы. В этом случае, как и при нагруженном резерве, отказ резервного элемента может наступить и до включения в работу. Поэтому вероятность безотказной работы резервного элемента можно определить как: , где - надежность резервного элемента в облегченном режиме;
- надежность резервного элемента в рабочем режиме при условии, что до включения в работу он, будучи в резерве, не откажет к моменту t.
, .
При экспоненциальном законе надежности
=99675,28
Для системы с восстановлением при резервировании одного блока выделим следующие состояния: 3. Все элементы канала исправны.
4. Вышел из строя основной блок, все остальные элементы исправны.
5. Неисправен резервный блок, все остальные элементы исправны.
6. Отказали оба блока БУШ, отказ канала.
7. Вышел из строя не резервируемый элемент, отказ канала.
Рис. 3.3 Граф переходов состояния канала при резервировании БУШ.
Резервирование с помощью “облегченного” резерва. [4]
Система уравнений дополняется нормирующим условием: .
Определим среднюю наработку системы на отказ: U
, , .
Окончательно получаем выражение
????,328·10-6 ч-1, ?0? (8,9111 2,2452*0,3 1,082*0,1)·10-6=9,6928·10-6 ч-1, ?=0,2 ч-1, ?к=0,01 ч-1. При подстановке значении в формулу получим Т=164399 ч-1, что в 2,7 раза выше наработки на отказ без резервирования и в 1,6 раза без учета восстановления.
Найдем коэффициент готовности. [4]
(3.5)
Заменим одно уравнение в системе нормировочным выражением
Тогда коэффициент готовности находим по формуле (3.5), подставляя исходные данные.
= 0,9984
Модернизация БУШ
Повысим надежность конструктивным методом. Самый ненадежный элемент канала сделаем более надежным. Повышать надежность БУШ-96 будем, используя более надежные элементы и применением новых технических решений. Структура канала при этом не изменится.
Рис. 3.4 Граф состояний при неизменной структуре канала.
Состояние 0 - все элементы исправны, 1 - отказ канала. Система дифференциальных уравнений записывается в виде:
Нормирующее условие .
После решения с применение преобразования Лапласа выражение для вероятности безотказной работы в виде
.
Повышать вероятность безотказной работы будем за счет обоих коэффициентов. Применением более надежных элементов повысим l, а введением дополнительного контроля снизим время восстановления.
По статистике отказов изза скачков напряжения в питающей сети часто выходит из строя блок питания БУШ. Заменим источники питания производимые на предприятии на покупные более надежные POWER-ONE.
Серия модулей Convert Select представляет собой семейство монтируемых на DIN-рейку преобразователей переменного тока в постоянный с коррекцией коэффициента мощности.
LWN 2880-6R преобразователь переменного тока в постоянный с коррекцией коэффициента мощности, диапазон входного напряжения ~85…264 В, 2 электрически изолированных и независимо стабилизированных выхода, каждый из которых обеспечивает 48 В/2,5 А при напряжении ~230 В на входе. Имеет R-вход для регулирования выходного напряжения на втором выходе.
Входное напряжение подается через входной плавкий предохранитель 6,3А, фильтр и выпрямитель на силовой трансформатор. Широкополосный выходной фильтр с очень малой входной емкостью фактически не создает пускового тока. Входной подавитель помех от переходных процессов в сети, защищает преобразователь от пиков и выбросов высокого напряжения, а защитное отключение при превышении и снижении границ входного диапазона напряжения и ограничение входного тока предохраняет преобразователь от работы в нежелательных условиях эксплуатации (рис 3.5).
Ток вторичной обмотки силового трансформатора подается через выпрямительный диод в выходной накопительный электролитический конденсатор большой емкости и на эффективный выходной фильтр, обеспечивающий необходимое время удержания выходного напряжения а также низкие пульсации и помехи на выходе.
Выходное напряжение и ток измеряются и подаются по цепи обратной связи на схему управления первичной цепи через оптрон. Второй контур регулирования отслеживает выходное напряжение. Он отключает преобразователь в случае отказа в схеме управления первичной цепи предотвращая превышение выходным напряжением уровня SELV=60В. Встроенные температурные датчики следят за максимальной внутренней температурой преобразователя. Если температура превысит пороговое значение 125 °С, преобразователь снижает выходную мощность до тех пор, пока температура не возвратится ниже порогового.
Вход R позволяет осуществить внешнюю регулировку выходного напряжения в диапазоне от 60 до 110% номинального выходного напряжения. Регулировка может выполнятся с помощью резистора, подключаемого к одной из выходных клемм, или внешним источником напряжения в диапазоне 1…2,75 В.
Рис. 3.5 Преобразователь LWN 250 Вт.
При работе от постоянного тока, встроенный мостовой выпрямитель обеспечивает защиту от обратной полярности напряжения на входе.
Преобразователь обеспечивает полную выходную мощность до входного напряжения ~99 В с линейным снижением выходной мощности до 80%РВЫХ. НОМ при входном напряжении ~85 В при температуре окружающей среды 25 °С.
Среднее время безотказной работы 522000 часов.
Второй блок питания выбираем с опцией S, выключение. Эта опция позволяет понижать выходную мощность блока до уровня менее 1 Вт с помощью логического сигнала, подаваемого между AUX и V0-.
Заменим несколько микросхем одной ПЛИС с введением кнтроля обрыва обмоток двигателя.
Применение БИС/СБИС и исключение из схемы МИС СИС существенно улучшает параметры аппаратуры (стоимость, быстродействие надежность,экономичность по потребляемой энергии и др.). В тоже время на пути реализациисхем в виде БИС/СБИС могут возникать большие экономические трудности, посколькуразработка БИС/СБИС чрезвучайно дорога и требует больших затрат времени. Такие затраты могут оправдатся только при больших тирожах выпуска микросхем. Противоречие между желательностью и возможностями применения БИС/СБИС в специализированных устройствах и системах вызвало к жизни концепцию программируемых структур.В настоящее время резервирование является одним из самых распространенных способов повышения характеристик надежности технических систем. Однако этот метод ведет к усложнению систем, увеличению их массы и стоимости.
Первый вариант резервирования имеет очень высокую наработку на отказ и вероятность безотказной работы. Отрицательной стороной этого варианта является удорожание канала примерно в 2 раза и усложнение структуры. В нашем случае такое большое повышение времени безотказной работы не столь необходимо.
Резервирование одного только БУШ достаточно выгодный вариант. Среднее время наработки на отказ блока увеличивается в 2,7 раза. При этом варианте возникает изменения структуры канала, повышается число ремонтируемых блоков и естественно стоимость системы.
Самым лучшим вариантом является модернизация БУШ. Экономически выгоден, так как требует наименьшее количество затрат. Структура канала остается неизменной, поэтому установка нового блока не потребует особого подхода.
Список литературы
1. Острейковский В.А. Теория надежности: Учеб для вузов. М.: Высшая школа, 2003. 463 с.
2. Белоусов В.В. Локальные системы управления. Надежность локальных систем. Пермский государственный технический университет. Пермь: 2000. 97с.
3. Надежность технических систем. 2-е издание. Под ред. Е.В. Сугака и Н.В. Василенко. Красноярск: МГП Раско, 2000. 608с.
4. Надежность технических систем: Справочник. Под ред. И.А. Ушакова. М.: Радио и Связь, 1985. 608 с.
5. Надежность автоматизированных систем управления. Под ред. Я.А. Хетагурова. М.: Высшая школа, 1979. 287 с.
5. www.eletech.spb.ru (www.power-one.com)
2. Оценка экономической целесообразности внедряемого устройства
2.1Определение затрат, связанных с разработкой БУШ ДГ
Определение затрат на проводимые проектные работы осуществляется путем составления калькуляции плановой себестоимости разработки. В калькуляцию плановой себестоимости входят следующие статьи затрат: 1. основная заработная плата;
2. единый социальный налог (ЕСН);
3. стоимость машинного времени;
4. атраты на электроэнергию;
5. лицензионное ПО;
6. прочие прямые расходы;
1) Для определения заработной платы основных рабочих мы разбили весь процесс проектирования на основные этапы, при этом мы должны знать количество потраченного времени на каждом этапе. Весь процесс проектирования занимает 16 недель, трудоемкость составиляет 33 чел./нед. При расчете затрат на разработку мы должны определить заработную плату конструктора при условии что его оклад составляет 6000 рублей. Тогда за 1 час руб, а за 1 неделю руб.
Заработная плата: руб
2) Премия: руб
3) ЕСН: руб
4) Произведем амортизацию компьютеров, на которых производилось проектирование. Для этого нам необходимо знать количество машино-часов тмч, затраченных на каждом этапе проектирования. Для этого используем рис. 4.3, поскольку каждый конструктор при разработке используется компьютером.
При работах (0-1), (1-2), (1-3), (2-3), (7-8) (табл. 4.11)компьютер используется на 50%. тмч= машино-недель
Таким образом на весь процесс проектирования ушло 27 машино-недель. Кроме того необходимо знать срок эксплуатации компьютера. Согласно плану данные компьютеры планируется эксплуатировать 7 лет. Стоимость компьютера составляет 20000 рублей. Тогда за 1 год амортизационные отчисления составят 2857,14 руб., за 1 неделю - 54,95рубля, т.е. на амортизацию компьютеров необходимо руб.
5) Так же нам необходимо рассчитать затраты на электроэнергию.
Потребляемая мощность компьютера 300 Вт/час.
Стоимость 1 КВТ составляет 3 рубля.
Затраты на электроэнергию в час 3 руб./КВТ? 0,3 КВТ = 0,9 руб./час., в неделю получим 0,9? 40 =36 руб.
Тогда получим затраты на электроэнергию - руб.
6) К статье «Лицензионное ПО» относятся расходы на приобретение средств разработки. Поскольку отдел существует давно, и не раз разрабатывал подобные проекты, программное обеспечение уже куплено и никаких отчислений не требует.
7) На статью «Прочие прямые расходы» относятся расходы на приобретение и подготовку материалов научно-технической информации, за использование средств Internet, телефонной и радиосвязи и другие расходы, необходимые при разработке. Затраты определяются на основе статистической информации в процентах к суммарным расходам всех предыдущих статей (5-10%). Таким образом, прочие расходы
3) В таблице 4.5 приведены расходы на комплектующие по платам.
4) Рассчитаем заработную плату основных рабочих.
Для расчета основной заработной платы подсчитаем время, которое рабочий затратил на изготовление одного изделия и умножим на стоимость одного нормо-часа.
При расчете калькуляции мы должны определить заработную плату основных рабочих за 161 часа при условии что средняя заработная плата составляет 8000 рублей. руб.
5) Единый социальный налог руб. из них руб. отчисления на социальное страхование.
Таблица 4.5 Стоимость комплектующих для плат БУШ ДГ
ИТОГО= 7360,76 с НДС
Таблица 4.6 Калькуляция себестоимости БУШ ДГ
№ Наименование статей и расходов Затраты руб. Примечание
1 Сырье и материалы 3132,31
2 Комплектующие на блок 30923,31
3 Комплектующие на платы 7360,76
Итого материальных затрат 41416,38
4 Зарплата основных рабочих 7666,67
5 Единый социальный налог 2752,33 35,9%
Из них на соц. страх. 23 0,3%
6 Накладные расходы 38333,35 500% от п.4
7 Себестоимость 90168,73 сумма п.1-6
8 Прибыль 13525,31 15% от п.7
9 НДС 18664,93 18% от п.7 8
10 Отпускная цена 122358,97 п.7 8 9
Приведем для сравнения калькуляцию себестоимости БУШ-96 (табл. 4.7).
Таблица 4.7 Калькуляцию себестоимости БУШ-96
№Наименование статей и РАСХОДОВЗАТРАТЫ руб.Примечание
1 Сырье и материалы 19714,01
2 Комплектующие изделия 15223,69
Итого материальных затрат 34937,7
3 Зарплата основных рабочих 16428,57
Трудоемкость 345
Средняя зарплата 8000
4 Единый социальный налог 5897,86 35,9%
Из них на соц. страх. 49,28 0,3%
5 Накладные расходы 82142,85 500% от п.3
6 Себестоимость 139406,98 сумма п.1-5
7 Прибыль 20911,05 15% от п.6
8 НДС 28857,25 18% от п.6 7
9 Отпускная цена 189175,27 п.6 7 8
Себестоимость нового блока получилась меньше, но не это побудило на его разработку. Главное достоинство блока заключается в снижении трудоемкости изготовления.
Вместо изготовляемых на предприятии источников питания мы стали использовать покупные фирмы POWER-ONE. Их использование повысило защиту блока при попадании высокого напряжения, теперь при кратковременном попадании в питающую сеть 380В блок сохраняет свою работоспособность. Отпала необходимость изготовления трансформаторов, связанного с большими затратами труда.
Для уменьшения числа микросхем на плате ВИФ их заменили одной ПЛИС, что повысило надежность и дало возможность изменения алгоритма работы по требованию покупателя.
Расчет эффективности инвестиций
Необходимо определить является ли инвестиционный проект эффективным или нет. Сравним результаты, полученные без учета и с учетом дисконтирования. Построить необходимые графики. В качестве единовременных капиталовложений, воспользуемся заемными средствами. Ожидаемые капитальные вложения составляют 300 000 руб. Полученные средства пойдут на разработку блока и изготовление опытного образца. В табл. 4.8 отображены запланированные показатели продаж разработанного блока. Издержки запланируем с учетом повышении цен на 5%. Горизонт расчета зависит от срока службы, от продолжительности создания, от заданных характеристик прибыли, от требований инвестора, зададимся горизонтом в 5 лет.
При решении вопросов об инвестициях необходимо выбрать метод расчета (статический, динамический). Так динамический расчет позволяет учитывать разноценность денег во времени. Дисконтирование требует в расчетах процентной ставки. Если используются собственные заемные средства, то нужно для сравнения брать депозитные ставки. Если кредитные средства, то нужно брать коммерческие ставки банков.
Подсчитаем норму дисконта по следующей формуле: , (4.1) где r - ставка рефинансирования ЦБ, %;
i - темп инфляции на текущий год, %;
р - поправка на риск, % (низкий - 3~5%, средний - 8~10%, высокий - 13~15%, очень высокий - 15~20%).
Ставка рефинансирования ЦБ r =20%. Уровень инфляции берем i =12%. Поскольку вложения идут на усовершенствование на базе освоенной техники, то риск минимальный, а следовательно Р =3%.
Тогда по формуле (4.1) получаем расчетную ставку Е = 10,14%.
Дисконтирование денежного потока на шаге t осуществляется путем умножения его значения на коэффициент дисконтирования ?m, рассчитываемый по формуле: , где t - номер шага расчета (t = 0, 1, 2,...,T); (Т - горизонт расчета).
Сравнение различных проектов и выбор лучшего из них производятся с использованием группы показателей: - чистый дисконтированный доход (ЧДД);
- индекс доходности (ИД);
- внутренняя норма доходности (ВНД);
- срок окупаемости (Ток);
- другие показатели (точка безубыточности, норма прибыли и пр.)
Чистый дисконтированный доход (ЧДД) определяется как сумма текущих эффектов за весь расчетный период, приведенная к начальному шагу, или как разница между интегральными результатами и интегральными затратами.
ЧДД для постоянной Е вычисляется по формуле: , где Рт - результаты, достигаемые на t-м шаге расчета;
Зт - затраты, осуществляемые на том же шаге;
К - капиталовложения.
Если ЧДД проекта положителен, то проект является эффективным (при данной Е) и может быть принят. Чем больше ЧДД, тем эффективнее проект. Если ЧДД < 0, то проект неэффективен. Расчет ЧДД приведен в таблице 4.9.
Индекс доходности (ИД) представляет собой отношение суммы приведенных эффектов к величине капиталовложений
, (4.2)
Индекс доходности тесно связан с ЧДД: если ЧДД положителен, то ИД>1, и наоборот. Если ИД>1, то проект эффективен, если ИД<1 - неэффективен.
Таблица 4.9 Дисконтированный доход.
Номер шага Платежи по инвестициям Добавчная прибыль от инвестиций Поток платежей и поступлений Коэффициент дисконтирования Текущий дисконтированный доход
По формуле (4.2) рассчитываем ИД, он будет равняться
.
Так как ЧДД больше нуля, а ИД больше 1 делаем вывод, что инвестиционный проект эффективен.
Внутренняя норма доходности (ВНД) представляет собой ту норму дисконта (Евн), при которой величина приведенных эффектов равна приведенным капиталовложениям. Или Евн = Е, при которой ЧДД = 0. ВНД определяется в процессе расчета и сравнивается с требуемой инвестором нормой дохода на вкладываемый капитал.
Иными словами Евн (ВНД) является решением уравнения: . (4.3)
В случае, когда ВНД равна или больше нормы дохода на капитал, инвестиции в данный проект оправданы. В противном случае инвестиции в данный проект нецелесообразны. Если в результате расчетов получены противоречивые показатели, следует отдавать предпочтение ЧДД.
Рассчитаем ВНД по формуле (4.3), а результат сведем в таблицу 4.10.
Таблица 4.10 Внутренняя норма доходности
Норма дисконта ЧДД
0,7 58 621,00
0,75 21 455,52
0,78176 0
0,8 -11 635,05
0,85 -41 233,40
По результатам таблицы 4.10 построим график, который изображен на рис. 4.4. Из расчетов получаем, что ЧДД=0 при ставке равной 78,176 %.
В нашем случае, ВНД больше нормы дохода на капитал, следовательно, инвестиции в данный проект оправданы.
Рис.4.4 Внутренняя норма доходности.
Примем инвестиционное решение опираясь на финансовый профиль проекта. Сведем в одну таблицу (табл. 4.11) поток платежей и ТДД, и для наглядности построим график (рис.4.5).
Таблица 4.11 Финансовый профиль проекта.
Номер шага Поток платежей и поступлений (без дисконтирования) Поток с нарастающим итогом Текущий дисконтированный доход ТДД с нарастающим итогом
0 -500000 -500000 -500000 -500000
1 308 377,07 -191 622,93 279 986,44 -220 013,56
2 431 726,21 240 103,28 355 892,04 135 878,48
3 509 976,72 750 080,00 381 693,83 517 572,30
4 594 972,84 1 345 052,84 404 312,21 921 884,51
5 749 665,82 2 094 718,66 462 532,60 1 384 417,11
Рис. 4.5 Финансовый профиль проекта.
Из графика видно, что проект окупается на пятом месяце второго года без дисконтирования и на седьмом месяце второго года при ставке дисконтирования 10,14%.
Планирование с применением методов СПУ
Планирование и управление комплексом работ представляет собой сложную и, как правило, противоречивую задачу. Оценка временных и стоимостных параметров функционирования системы, осуществляемая в рамках этой задачи, может быть произведена разными методами. Среди существующих хорошо зарекомендовал себя метод сетевого планирования и управления (СПУ).
СПУ является комплектом графических и расчетных методов, организационных мероприятий и контрольных приемов, обеспечивающих моделирование, анализ и динамическую перестройку плана выполнения сложных проектов и разработок. В основу системы СПУ положена модель, описывающая объект управления в виде сетевого графика. Благодаря этому система получила свое название - система сетевого планирования и управления.
Разработаем план по созданию конструкторской документации на новый БУШ по табл. 4.11.
Таблица 4.11 Перечень работ для выполнения конструкторской документации.
№ Код работ Работа Трудоемкость, чел/недель Численность исполнителей, чел. Продолжительность выполнения работ, недель
1 0-1 Разработка технического задания 4 2 2
2 1-2 Проектирование функциональной структуры 1 1 1
3 2-3 Разработка эскиза проекта 2 1 2
4 1-3 Составление технических требований на разработку 1 1 1
Продолжительность выполнения каждой работы (i -j) определяется по формуле t(i-j) =(T(i-j) )/( Ч(i-j)?Кв ), (4.1) где T(i-j) - трудоемкость работы (i-j), чел.-недель;
Ч(i-j) - численность исполнителей работы (i-j) чел.;
Кв - коэффициент выполнения норм времени (принимается равным 1).
Подставив в формулу (4.1) соответствующие данные по первой работе из табл. 4.1, получим t(0-1) = (T(0-1) )/( Ч(0-1)?Кв )= ( 4 )/( 2?1 ) = 2 недели.
Аналогично производим расчеты по всем остальным работам, результаты заносим в графу “Продолжительность выполнения работ” табл. 4.11.
Построение сетевого графика
Построение сетевого графика осуществляется на основании данных, приведенных в табл. 4.11.
Рис. 4.1 Сетевой график на создание конструкторской документации.
Расчет параметров сетевого графика
Расчет параметров сетевого графика будем проводить методом расчета параметров сетевого графика на самом графике.
Для расчета параметров сетевого графика по этому методу все события (кружки) делятся на четыре сектора (см. рис. 4.1). В верхних секторах проставляют коды событий. В левые секторы в процессе расчета вписывают наиболее ранние сроки свершения событий ( трі ), а в правые - наиболее поздние сроки свершения событий ( tni ). В нижних секторах проставляют календарные даты или резервы событий ( Ri ).
Расчет наиболее ранних сроков свершения событий ведется слева направо, начиная с исходного события и заканчивая завершающим событием. Ранний срок свершения исходного события принимается равным нулю ( трі = 0 ). Ранний срок свершения j-го события определяется суммированием продолжительности работы ( t(i-j)), ведущей к j-му событию, и раннего срока предшествующего ему i-го события [ tpj = tpi t(i-j) ]. Это при условии, если в j-е событие входит одна работа (например, для события № 2 tp2 = 1 2 = 3), а если j-му событию предшествует несколько работ, то определяют ранние сроки выполнения каждой работы и из них выбирают максимальный по абсолютной величине и записывают в левом секторе события [ трі = мах тро (i-j) ].
Например, tpo(6-7)= 6 1 =7; tpo(5-7)= 11 3 =14; tpo(4-7)= 9 3 =11. Из этих значений выбирают максимальное - 14 и вписывают в левый сектор события № 7. Аналогично расчет ведется до завершающего события.
Расчет наиболее поздних сроков свершения событий ведется справа налево, начиная с завершающего события и заканчивая исходным. Поздний срок свершения завершающего события принимается равным раннему сроку этого события ( tnj = tpj ). Например, tn8 = tp8 = 16. Это значение записывают в правый сектор события.
Наиболее поздний срок свершения i-го события определяется как разность между сроком последующего j-го события, записанным в правом секторе, и продолжительностью работы, ведущей из i-го события к j-му событию, т.е. tni = tnj - t(i-j). Это значение вписывают в правый сектор i-го события, если из этого события выходит одна работа, а если из i-го события выходит несколько работ, то выбирают минимальное значение и записывают в правый сектор i-го события, это и будет поздним сроком свершения i-го события.
Например, из события № 4 выходят две работы с поздними сроками свершения событий: тп.н(4-5)= 11-2 = 9; тп.н.(4-7)= 14-3 =11. Из двух значений выбирают минимальное, равное 9, и вписывают его в правый сектор события № 4. Аналогично расчет ведется до исходного события.
Резерв времени i-го события определяется непосредственно на сетевом графике вычитанием величины раннего срока свершения i-го события из величины позднего срока свершения i-го события (Ri = tni - tpi).
Следует отметить, что все события, которые не имеют резервов времени, лежат на критическом пути, однако этого недостаточно, чтобы выделить работы, находящиеся на критическом пути. Для выделения критических работ необходимо, чтобы tpj - tpi = t(i-j). Критический путь проходит по работам (0-1), (1-2), (2-3), (3-4), (4-5), (5-7), (7-8).
Оптимизация сетевого графика по параметру "время-ресурсы"
Эта оптимизация производится эвристическим методом. Сначала график оптимизируют по параметру "время", а затем, если он удовлетворяет длительности критического пути, по ресурсам (людским, материальным и др.). По параметру "время" существует несколько способов приведения графика в соответствие с заданными сроками, например, пересмотр топологии сети, сокращение продолжительности работ, лежащих на критическом пути, и др.
В нашем случае ткр = 16 недель устраивает нас, и график не оптимизируется по параметру "время".
Оптимизация сетевого графика по параметру “людские ресурсы” сводится к расчету численности исполнителей по календарным периодам и приведению ее к заданным ограничениям. Для этого сетевой график наносят на календарную сетку (рис. 4.2, а), при этом работы изображаются стрелками в масштабе времени их свершения по наиболее ранним срокам, а резервы времени работ (частные резервы времени работ второго вида) изображают пунктирными линиями со стрелкой.
После построения графика в масштабе времени над стрелками (работами) проставляют числа исполнителей, которые затем суммируют по календарным периодам, и результаты сравнивают с располагаемой численностью. Под сетевым графиком строят график загрузки людских ресурсов по плановым периодам (рис.4.2, б). Если расчетные числа превышают располагаемую численность исполнителей в каком-либо периоде (в нашем случае располагаемая численность - 4 человек), то начало работ сдвигают на более ранние или более поздние сроки в пределах имеющихся резервов времени выполнения работ с таким расчетом, чтобы сумма людских ресурсов по календарным периодам не превышала наличную численность работников.
а)
б)
Рис 4.2 а) - сетевой график в масштабе времени; б) - загрузка людских ресурсов по плановым периодам.
В нашем случае имеются превышение численности в отдельные плановые периоды (см. рис. 4.2, б). В этой связи было перемещено начало выполнения работы № 6 в пределах имеющихся резервов времени на наиболее поздний срок выполнения работы. График загрузки людских ресурсов после оптимизации представлены на рис.4.3 Приоритет передвижения работ по оси времени отдавался работам с наибольшими резервами времени. Дальнейшее уменьшение числа задействованных людей нецелесообразно в силу специфики выполняемых работ.
Рис.4.3 Загрузки людских ресурсов после оптимизации.
Выводы
Разработка нового блока снизило трудоемкость изготовления. Снизились требования по контролю, поскольку применяемые элементы более надежные элементы. Высвободившуюся рабочую силу можно направить на другие нужды.
Разработка и внедрение блока управления шаговым двигателем являются экономически выгодными. Критерием обосновывающим данное утверждение является положительная величина ЧДД (ЧДД=1 384 417,11 руб.). Анализ результатов эффективности инвестиций показывает, что вложенные средства будут возмещены в 5-ом месяце 2-го года при расчете без дисконтирования и на 7-ом месяце 1-го года при расчете с дисконтированием и ставке дисконтирования 10,14%.
Заключение
В ходе проделанной работы было рассчитано время наработки на отказ системы по различным функциям.
Для повышения надежности системы был выбран канал управления дозатором газа. По проделанным расчетам видно, что наибольшее повышение надежности происходит при резервировании. Вводя избыточность неизменно повышается стоимость системы и затраты на техническое обслуживание. Наилучшим вариантом в нашем случае является увеличение показателей надежности самого ненадежного элемента в канале.
Надежность системы повысили в канале управления дозатором газа.
Список литературы
Надежность электрорадиоизделий (Единый справочник РНИИ «Электростандарт»),т.1-2, издание9; т.3, издание 8.
Надежность изделий электронной техники для устройств народнохозяйственного назначения (Справочник ВНИИ «Электростандарт»), т.1, издание 6.
Отчет № 172-93. Анализ результатов термометрирования и снятия карт режимов для оценки схемной надежности вновь проектируемых электронных агрегатов.
Отчет № 34-83. Показатели надежности элементов и узлов агрегатов САР изделий, эксплуатирующихся в МГА.
Отчет ЦИАМ. Обоснование и разработка норм на показатели безотказности элементов системы управления ГТД.
